丰满充实闭合电路欧姆定律的教学逻辑层次

张惠作

（越州中学，浙江 绍兴 312075）

高中物理教学内容逻辑化处理策略包括3个策略：逻辑层次显性化；逻辑层次认知化；逻辑层次细腻化.该策略是教师以扎实的专业知识为基础，紧紧围绕学生主体，准确定位，逻辑化处理教学内容，以“问题化”为手段，实现知识向学生有效转化的一种教学策略.从信息加工心理学的视角看，显性化是学生获取、存储学习信息加工的必要信息的有效策略；细腻化确保为学生提供完备的加工信息；认知化是知识逻辑基于学生最有效的认知信息加工过程而设计的教学流程，认知化有赖于显性化和细腻化的支撑.基于该策略，本文对新课标人教版高中物理选修3-1中的“闭合电路欧姆定律”的教学逻辑层次进行了以下几方面调整和丰满充实.

1 调整教学内容的呈现顺序，显性化定律的适用条件和定律发现的历史角度

从发现的历史角度看，闭合电路欧姆定律是通过实验归纳得到的实验规律，但新课标人教版教材是从能量守恒角度逻辑推理理论演绎而得.以外电路为纯电阻为理论演绎的逻辑起点，推理先得到定律公式、内容，再拓展得到结论“电动势等于内外电压之和”，教材中没有显性说明定律的历史发现角度和适用条件.笔者教学中将理论演绎的逻辑起点和教学内容的呈现顺序作了调整，从一般外电路（包括非纯电阻）为起点，先得到结论“电动势等于内外电压之和”，再具体到纯电阻，得到定律公式、内容，在此过程中凸显了结论和定律的适用条件，并补充说明定律的发现历史.具体逻辑层次设计如下.

（1）外电路电功为W外＝U外It；

（2）内电路电功为W内＝U内It；

（3）电源非静电力做功为W非＝UIt；

（4）根据能量守恒有UIt＝U外It＋U内It；

（5）结论：E＝U外＋U内，适用各种电路；

（6）当内外电路为纯电阻，有U外It＝I2Rt，U内It＝I2rt；

2 运用变式手段，深化对“外电阻”的认识

教材只在介绍电路结构时给出“外电阻”内涵，即外电路的总电阻，但缺乏变式拓展其外延，因而使不少学生对“外电阻”内涵理解不够深刻，并影响到对定律中I的理解.笔者运用变式手段，拓展外延，增设了两个对“外电阻”的认识逻辑层次.

在完成定律的教学之后，增设例题1，目的是通过外电阻的变式，加深对闭合定律欧姆定律公式中R和I的理解.

例题.有一电源，电动势E＝3V，内阻r＝0.5Ω，另有两个定值电阻，R1＝R2＝1Ω.求：（1）当两个定值电阻串联后接通电源，通过电阻R1电流和两端电压；（2）当两个定值电阻并联后接通电源，通过电阻R1电流和两端电压.

在路端电压与负载电阻关系的教学过程中，增设了关于“外电阻”的再认识的逻辑层次.教学实践表明，要使学生彻底搞清楚“外电阻”，必须关注开关.外电阻R外＝R线＋R用＋R开关，路端电压即外电压U外＝U线＋U用＋U开关，一般导线电阻很小，忽略不计，有R线≈0，U线＝0.关于开关，分两种情况.当开关闭合时有R开关＝0，R外＝R用，U开关＝0，U外＝U用；当开关断开时有R开关→∞，R外→∞，I＝0，U用＝0，U外＝U开关＝U.

这样的教学逻辑层次教材上是没有的，一般教师教学中也是没有的.忽视开关造成学生对“外电阻”理解上的缺陷，导致断路状态下对路端电压理解上的困惑，形成对路端电压这个重点概念理解上的困难.路端电压也指外电路总的电势降落或总电压，有U外＝U端＝IR，由于没有关注开关，学生对外电路总电阻一般理解为用电器（或负载）的电阻.基于这一认识，当面临如图1电路开关断开时，产生如下困惑：此时电阻R上的电压为0，外电压为0，但电压表示数接近电动势值，不是0，产生“矛盾”心理.当面临图2电路开关S闭合S′断开情景时，电压表示数为0，会形成此时路端电压即外电压为0的错误认识，这又和电源开路时路端电压等于电动势值相“矛盾”.就是说，忽视开关对外电阻的影响的教学，实际上忽视了学生由此造成对“路端电压”、“外电压”在断路状态下认识上的困惑和错误.也就是说，忽视开关的教学，外电阻的认识还有缺陷，不够深刻，会导致“路端电压”、“外电压”在断路状态下的认识还不到位，教学重、难点实际上没有完全突出和突破.

图1

图2

3 善于提问，设置激发学生认知冲突的教学逻辑层次

在路端电压与负载电阻关系之前，教材安排一个演示实验.在一节“闭合电路欧姆定律”公开课上，教师直接演示了外电阻变化引发的路端电压的变化，这样做只是“例行公事”.笔者在实验前，先让学生做一个预测：外电阻增大，电流表如何变化？学生会说，电流表示数减小.追问，为什么电流表示数减小？学生答：因为电压不变，根据欧姆定律，电流随电阻增加而减小.然后再进行演示，特别强调观察电压表示数是否变化.实验目的在于引发学生的认知冲突，使其明白用原先的部分电路欧姆定律不能完美解释新的现象，从而激发其真正的学习兴趣和动机.

4 深刻把握教学内容，丰满知识认知层次

教材在分析路端电压与负载电阻关系的教学内容中只讨论了两种特殊情况，断路（没有用）和短路（不准用）.笔者觉得，还应当增设理想电源（非实用），内阻为0，内压为0，外电压或路端电压总等于电动势，不再随外电阻变化而变化，所以，路端电压随外电阻变化的根本原因在于电源有内阻.这样，通过学生对“没有用”、“不准用”、“非实用”3种特殊状态的理解，更加深刻领会路端电压与负载电阻关系.

5 结束语

教师要想避免照本宣科，创造地用好教材，就要立足学生立场，运用教育学心理学规律，精心设计显性的符合学生认知心理和学习规律的细腻丰满的教学逻辑层次，使课堂教学富有成效.